薄膜结构形态分析与整体力学特性的研究

• 作 者: 刘家喜
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 薄膜结构 找形 非线性有限元 整体分析 收敛

薄膜结构是张拉整体体系中最富有活力的一种结构形式,其不同于传统结构的受力形式,结构的刚度依赖于初始预应力,这也决定了其分析、设计思路与传统结构的不同。本文主要从薄膜结构的初始形态设计和整体受力性能两方面入手,以期得到薄膜结构一些基本的特性。 本文首先对薄膜结构非线性有限元的基本原理进行了阐述,推导了按照U.L公式建立的非线性平衡方程,论述了关于非线性方程组求解的几种方法。讨论了关于非线性方程组的收敛准则。然后借助大型有限元通用分析程序ANSYS,采用支座位移法,对薄膜结构成功的实现了找形,解决了膜结构分析中最为关键的一步,通过本文的计算分析表明:本文使用的方法是可靠的、准确的。 作者对于薄膜结构的两种最基本的形态(马鞍形和伞形)进行了形态确定的参数化分析,研究了失跨比、索的预拉力与薄膜预张力之比以及有无脊索等因素对找形结果的影响,得到了关于这两种基本形态的一些建设性的结论和建议。 本文对膜结构整体受力分析方法进行了全面的叙述,而且作者采用大型有限元程序ANSYS实现了几何非线性整体分析。主要对双曲马鞍和加脊索的伞形膜结构进行了荷载的参数化分析,对于伞形结构由于实际应用较多,本文从失跨比、跨度、以及荷载的不同形式对该结构进行了细致的研究。确定了各种参数对结构受力的响应特征,揭示了薄膜结构的一些基本的受力特性。